Këtë javë vazhdojmë me artikullin e javës së kaluar.

1.2 Kondensatorët elektrolitikë

Dielektriku i përdorur në kondensatorët elektrolitikë është oksidi i aluminit i formuar nga korrozioni i aluminit, me një konstante dielektrike prej 8 deri në 8,5 dhe një forcë dielektrike pune rreth 0,07 V/A (1µm=10000A).Megjithatë, nuk është e mundur të arrihet një trashësi e tillë.Trashësia e shtresës së aluminit zvogëlon faktorin e kapacitetit (kapacitivitetin specifik) të kondensatorëve elektrolitikë sepse fleta e aluminit duhet të gdhendet për të formuar një film oksid alumini për të marrë karakteristika të mira të ruajtjes së energjisë, dhe sipërfaqja do të formojë shumë sipërfaqe të pabarabarta.Nga ana tjetër, rezistenca e elektrolitit është 150Ωcm për tension të ulët dhe 5kΩcm për tension të lartë (500V).Rezistenca më e lartë e elektrolitit kufizon rrymën RMS që mund të përballojë kondensatori elektrolitik, zakonisht në 20 mA/µF.

Për këto arsye kondensatorët elektrolitikë janë projektuar për tension maksimal prej 450 V tipik (disa prodhues individualë projektojnë për 600 V).Prandaj, për të marrë tensione më të larta është e nevojshme që ato të arrihen duke lidhur kondensatorët në seri.Megjithatë, për shkak të ndryshimit në rezistencën e izolimit të secilit kondensator elektrolitik, një rezistencë duhet të lidhet me secilin kondensator në mënyrë që të balancojë tensionin e secilit kondensator të lidhur në seri.Për më tepër, kondensatorët elektrolitikë janë pajisje të polarizuara dhe kur voltazhi i kundërt i aplikuar tejkalon 1.5 herë Un, ndodh një reaksion elektrokimik.Kur tensioni i kundërt i aplikuar është mjaft i gjatë, kondensatori do të derdhet jashtë.Për të shmangur këtë fenomen, një diodë duhet të lidhet pranë çdo kondensatori kur përdoret.Për më tepër, rezistenca ndaj tensionit të kondensatorëve elektrolitikë në përgjithësi është 1.15 herë Un, dhe ato të mira mund të arrijnë 1.2 herë Un.Pra, projektuesit duhet të marrin parasysh jo vetëm tensionin e punës në gjendje të qëndrueshme, por edhe tensionin e rritjes kur i përdorin ato.Në përmbledhje, mund të vizatohet tabela e mëposhtme e krahasimit midis kondensatorëve të filmit dhe kondensatorëve elektrolitikë, shih Fig.1.

2. Analiza e Aplikimit

Kondensatorët DC-Link si filtra kërkojnë rrymë të lartë dhe dizajne me kapacitet të lartë.Një shembull është sistemi kryesor i lëvizjes së motorit të një automjeti me energji të re siç përmendet në Fig.3.Në këtë aplikacion, kondensatori luan një rol shkëputës dhe qarku ka një rrymë të lartë funksionimi.Kondensatori i filmit DC-Link ka avantazhin e aftësisë për t'i bërë ballë rrymave të mëdha të funksionimit (Irms).Merrni si shembull parametrat e automjeteve me energji të re 50~60 kW, parametrat janë si më poshtë: tensioni i funksionimit 330 Vdc, tensioni i valëzimit 10 Vrms, rryma e valëzimit 150 Arms@10KHz.

Pastaj kapaciteti minimal elektrik llogaritet si:

Kjo është e lehtë për t'u zbatuar për dizajnin e kondensatorit të filmit.Duke supozuar se përdoren kondensatorë elektrolitikë, nëse merren parasysh 20 mA/μF, kapaciteti minimal i kondensatorëve elektrolitikë llogaritet për të përmbushur parametrat e mësipërm si më poshtë:

Kjo kërkon kondensatorë të shumtë elektrolitikë të lidhur paralelisht për të marrë këtë kapacitet.

Në aplikimet e mbitensionit, si hekurudha e lehtë, autobusi elektrik, metroja, etj. Duke marrë parasysh që këto fuqi janë të lidhura me pantografin e lokomotivës përmes pantografit, kontakti midis pantografit dhe pantografit është i ndërprerë gjatë udhëtimit të transportit.Kur të dy nuk janë në kontakt, furnizimi me energji mbështetet nga kondensatori i bojës DC-L dhe kur kontakti rikthehet, gjenerohet mbitensioni.Rasti më i keq është një shkarkim i plotë nga kondensatori DC-Link kur shkëputet, ku voltazhi i shkarkimit është i barabartë me tensionin e pantografit dhe kur kontakti rikthehet, mbitensioni që rezulton është pothuajse dyfishi i vlerësuar i funksionimit Un.Për kondensatorët e filmit, kondensatori DC-Link mund të trajtohet pa konsideratë shtesë.Nëse përdoren kondensatorë elektrolitikë, mbitensioni është 1.2 Un.Merrni si shembull metronë e Shangait.Un=1500Vdc, që kondensatori elektrolitik të marrë parasysh tensionin është:

Pastaj gjashtë kondensatorët 450 V duhet të lidhen në seri.Nëse dizajni i kondensatorit të filmit përdoret në 600Vdc deri në 2000Vdc ose edhe 3000Vdc arrihet lehtësisht.Përveç kësaj, energjia në rastin e shkarkimit të plotë të kondensatorit formon një shkarkim të qarkut të shkurtër midis dy elektrodave, duke gjeneruar një rrymë të madhe hyrëse përmes kondensatorit DC-Link, e cila zakonisht është e ndryshme për kondensatorët elektrolitikë për të përmbushur kërkesat.

Përveç kësaj, krahasuar me kondensatorët elektrolitikë, kondensatorët e filmit DC-Link mund të dizajnohen për të arritur ESR shumë të ulët (zakonisht nën 10mΩ, dhe madje edhe më të ulët <1mΩ) dhe LS me vetëinduktivitet (zakonisht nën 100nH dhe në disa raste nën 10 ose 20nH) .Kjo lejon që kondensatori i filmit DC-Link të instalohet drejtpërdrejt në modulin IGBT kur aplikohet, duke lejuar që shiriti i autobusit të integrohet në kondensatorin e filmit DC-Link, duke eliminuar kështu nevojën për një kondensator absorbues të dedikuar IGBT kur përdorni kondensatorë filmi, duke kursyer projektuesi një shumë të konsiderueshme parash.Fig.2.dhe 3 tregojnë specifikimet teknike të disa prej produkteve C3A dhe C3B.

3. Përfundim

Në ditët e para, kondensatorët DC-Link ishin kryesisht kondensatorë elektrolitikë për shkak të konsideratave të kostos dhe madhësisë.

Sidoqoftë, kondensatorët elektrolitikë ndikohen nga aftësia e rezistencës ndaj tensionit dhe rrymës (ESR shumë më e lartë në krahasim me kondensatorët e filmit), kështu që është e nevojshme të lidhni disa kondensatorë elektrolitikë në seri dhe paralele për të marrë kapacitet të madh dhe për të përmbushur kërkesat e përdorimit të tensionit të lartë.Përveç kësaj, duke marrë parasysh avullimin e materialit elektrolitik, ai duhet të zëvendësohet rregullisht.Aplikimet e reja të energjisë në përgjithësi kërkojnë një jetëgjatësi prej 15 vjetësh, kështu që duhet të zëvendësohet 2 deri në 3 herë gjatë kësaj periudhe.Prandaj, ka një kosto dhe shqetësim të konsiderueshëm në shërbimin pas shitjes së të gjithë makinës.Me zhvillimin e teknologjisë së veshjes së metalizimit dhe teknologjisë së kondensatorëve të filmit, është bërë e mundur të prodhohen kondensatorë filtri DC me kapacitet të lartë me tension nga 450 V në 1200 V ose edhe më të lartë me film ultra të hollë OPP (më i hollë 2.7µm, madje 2.4µm) duke përdorur teknologjia e avullimit të filmit të sigurisë.Nga ana tjetër, integrimi i kondensatorëve DC-Link me shiritin e autobusit e bën dizajnin e modulit të inverterit më kompakt dhe redukton në masë të madhe induktivitetin e humbur të qarkut për të optimizuar qarkun.